Duisburg. Physiker an der Uni Duisburg-Essen ergründen das physikalische Phänomen der Supraleitung. Eine Entdeckung haben sie bereist gemacht.

Hochtemperatur-Supraleiter sind für Stromversorger spannende Materialien: Im Vergleich zu einer konventionellen Leitung benötigen sie nur ein Zehntel der Spannung um eine fünfmal so hohe Strommenge zu transportieren. Entdeckt wurde dieses Phänomen bereits vor über 100 Jahren, warum es funktioniert, ergründen nun Physiker der Universität Duisburg-Essen. Erste Ergebnisse der UDE- Forschung und die von Kollegen aus Hamburg, den USA und Japan hat nun das Fachmagazin Nature Communications veröffentlicht.

Supraleiter-Kabel liegt in Essen

„Es reicht uns nicht zu wissen, dass es funktioniert“, sagt Prof. Dr. Uwe Bovensiepen. Gemeinsam mit 20 weiteren Wissenschaftlern der UDE untersucht er in einem neuen Sonderforschungsbereich (SFB) in den nächsten Jahren das Verhalten von Materialien in sogenannten „instabilen“ Zuständen. „Wir Physiker wollen solche komplexen Materialien verstehen“, erklärt der 47-Jährige.

Dazu bedienen sich die Wissenschaftler seiner Arbeitsgruppe der sogenannten Laser-Stroboskoptechnik. Mit extrem kurzen Lichtpulsen wird das Material angeregt, die Veränderungen belegen leicht verzögert abgegebene Laserpulse. „Das ist, als wenn man einen Stein ins Wasser wirft und anschließend die Wellen beobachtet“, erläutert Bovensiepen. Das Licht ist das einzige „Werkzeug“, das selbst schnell genug ist, um diese Prozesse zu erfassen.

Elektronen und Atomen schwingen

So wird der Energiefluss deutlich wie in einem Film aus lauter eingefrorenen Einzelbildern – von der Anregung bis zurück zu dem Moment, in dem der Ausgangszustand wieder erreicht wird. Bemerkt wurde dabei erstmals eine besondere Wechselwirkung: Angeregte Elektronen und Atome schwingen miteinander in der gleichen Frequenz. Welchen Einfluss das auf den elektrischen Zustand des Supraleiters hat, ist noch nicht bekannt. „Aber irgendetwas Besonderes ist da dran“, vermutet Uwe Bovensiepen. Was es ist, will die Arbeitsgruppe im nächsten Schritt herausfinden.

Ein Supraleiter-Kabel ist übrigens schon seit 2014 Realität: Das mit einem Kilometer längste seiner Art transportiert im Zentrum von Essen Strom zwischen zwei Umspannwerken.

>> Stichwort: Supraleiter aus Metall

Supraleiter sind metallische oder keramische Materialien, deren elektrischer Widerstand beim Unterschreiten der sog. Sprungtemperatur auf Null fällt.

Diese Temperatur liegt so niedrig, dass mit flüssigem Helium (-269 Grad °C) oder Stickstoff (-196 °C) gekühlt wird.